Laboratorio de bioquímica – Azúcares

Pregunta central

¿Se puede detectar la presencia de azucares reductores por medio de la reacción de trommer?

Objetivo: Detectar la presencia de azucares reductores en una muestra problema por medio de la reacción de trommer

¿Se puede caracterizar azucares por medio de formación de osazonas? Objetivo: Caracterizar a los azucares por formación de ozonas.

Principios generales

1º fundamento: Oxidación de carbohidratos por reacción de Trommer

Los carbohidratos pueden clasificarse ya sea como azúcares reductores o no reductores. Los azucares reductores son los más comunes, están presentes en la molécula grupos aldehídos libres o potencialmente libres como en las formas hemiacetálicas cíclicas, su poder reductor es consecuencia de su capacidad de formar, en un medio alcalino, endioles fuertemente reactivos y fácilmente oxidables. Este grupo aldehído es oxidado fácilmente a ácido carboxílico en PH neutro por agentes oxidantes moderados. Esta propiedad es utiliza para detectar y cuantificar monosacáridos, especialmente glucosa, en fluidos biológicos como la sangre y la orina. El ácido monocarboxílico que se forma se conoce como ácido aldónico (por ejemplo, ácido glucónico de la glucosa).

Una prueba de la presencia de azúcares reductores, es que son susceptibles de oxidarse en presencia de complejos cúpricos alcalinos. El cobre en forma de anión complejo de color azul intenso es reducido del estado cúprico al cuproso y precipita como óxido cuproso rojo.

En los azucares no reductores el grupo carbonilo se encuentra combinado en unión glicosidica, es por eso que estos carezcan de capacidad reductora, como sucede con la sacarosa

En la reacción de Trommer el azucar es introducido en una solución con hidróxido de sodio y sulfato de cobre. El medio alcalino facilita que el azúcar esté de forma lineal, puesto que el azúcar en solución forma un anillo de piranósico o furanósico. Una vez que el azúcar está lineal, su grupo aldehído puede reaccionar con el ion cúprico otorgado por el sulfato cúprico reduciéndolo a Cu+

En estos ensayos es posible observar que la fructosa (una cetohexosa) es capaz de dar positivo. Esto ocurre por las condiciones en que se realiza la prueba: en un medio alcalino caliente esta cetohexosa se tautomeriza (pasando por un intermediario enólico) a glucosa (que es capaz de reducir al ion cúprico).

Los disacáridos como la sacarosa (enlace a(1 ? 2)O) y la trehalosa (enlace a(1?1)O), no dan positivo puesto que sus OH del C anoméricos están siendo utilizados en el enlace glucosídico.

2º fundamento: Formación de osazonas

Las osazonas se forman cuando los azucares reaccionan con fenilhidrazina. La reacción involucra la formación de fenilhidrazona. La reacción puede ser utilizada para identificar monosacáridos. Involucra 2 reacciones: Primero la glucosa con fenilhidrazina produce glucosafenilhidrazona por eliminación de una molécula de agua del grupo funcional. El siguiente paso involucra la reacción de un mol de glucosafenilhidrazina con dos moles de fenilhidrazina. El carbono alfa es atacado aquí porque es mas reactivo que los otros. Se forma una osazona que contiene dos residuos de fenilhidrazina por molécula, mientras que una tercera molécula del reactivo se convierte en anilina y amoniaco. Son compuestos altamente coloreados, y pueden ser detectados fácilmente.

La técnica fue desarrollada por Emil Fischer, un químico alemán, para identificar diferentes azúcares. Fischer fue capaz de diferenciar los tipos de azúcar mediante el estudio de los cristales que se formaron a partir de su procedimiento.

Principios

Carbohidratos

Son biomoléculas polihidroxialdehídicas o polihidroxicetónicas, es decir que constan de átomos de carbono unidos a los grupos funcionales carbonilo e hidroxilo. Tienen enlaces químicos difíciles de romper de tipo covalente, pero que almacenan gran cantidad de energía, que es liberada cuando la molécula es oxidada. En la naturaleza son un constituyente esencial de los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos, cuyas principales funciones en los seres vivos son el prestar energía inmediata y estructural.

Funciones biológicas:

• Fuente de energía

• Reserva energética

• Formación de estructuras

Clasificación de carbohidratos

Estereoisometría:

Los Monosacáridos que emplean los organismos vivos tienen estereoisometría D por lo tanto.

Oligosacáridos y polisacáridos tienen unidades con este mismo arreglo espacial.

Actividad Óptica: Los carbohidratos (independientemente del número de unidades) son capaces de desviar la luz polarizada.

Nomenclatura

Todos los monosacáridos tienen nombre propio que termina en OSA; además pueden designarse por un nombre que indica el grupo carbonilo que presentan ó el número de carbonos ó ambos.

Conceptos

Carbohidratos reductores: Azucares reductores  son aquellos carbohidratos que poseen su grupo carbonilo (grupo funcional) intacto, y que a través del mismo pueden reaccionar como reductores con otras moléculas. Todos los monosacáridos son azúcares reductores, ya que al menos tienen un -OH hemiacetálico libre, por lo que dan positvo a la reacción con reactivo de Fehling, a la reacción con reactivo de Tollens, a la Reacción de Maillard y la Reacción de Benedict. Otras formas de decir que son reductores es decir que presentan equilibrio con la forma abierta, presentan mutarrotación (cambio espontáneo entre las dos formas cicladas a (alfa) y ß (beta)), o decir que forma osazonas.

Cristalización: Es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en Química para purificar una sustancia sólida

Prueba de Trommer: La solución se trata con hidróxido de sodio y algunas gotas de solución diluida de sulfato de cobre. El líquido toma coloración azul. Se calienta. Se forma un precipitado de color rojo ladrillo de óxido cuproso (Cu2O). El resultado es óxido de cobre de color rojo. El color del resultado varía porque el cobre, por acción de la glucosa, ha reducido su valencia, por lo que se obtiene este nuevo compuesto de color rojo. En la reacción de Trommer debe evitarse el exceso de sulfato cúprico, ya que la reacción entre el hidrato de carbono reductor y el hidróxido cúprico transcurre cuantitativamente. El exceso del último durante el calentamiento pierde agua y se transforma en óxido cúprico negro, lo que oscurece la reacción principal

Prueba de bial: Cuando se calientan pentosas con HCl concentradose forma furfural que se condensa con orcinol en presencia de iones férricos para dar un color verde azulado. La reacción no es absolutamente específica para las pentosas, ya que el calentamiento prolongado de algunas hexosas produce hidroximetil furfural que también reacciona con orcinol dando complejos coloreados.

Prueba de seliwanoff: La prueba de Seliwanoff es una prueba química que se usa para distinguir entre aldosas y cetosas. Los azúcares son distinguidos a través de su función como cetona o aldehído. Si el azúcar contiene un grupo cetona, es una cetosa, y si contienen un grupo aldehído, es una aldosa. Esta prueba está basada en el hecho de que, al calentar las cetosas son deshidratadas más rápido que las aldosas. El reactivo consiste en resorcinol y ácido clorhídrico concentrado: La hidrólisis ácida de polisacáridos y oligosacáridos da azúcares simples. Entonces la cetosa deshidratada reacciona con el resorcinol para producir un color rojo. Es posible que las aldosas reaccionen produciendo un leve color rosa.

Prueba de Molish: Es una reacción que tiñe cualquier carbohidrato presente en una disolución; es llamada así en honor del botánico austríaco Hans Molisch.Mide la presencia de glúcidos en una muestra. Se utiliza como reactivo una disolución de a-naftol al 5% en etanol de 96º. En un tubo de ensayo a temperatura ambiente, se deposita la solución problema y un poco del reactivo de Molisch. A continuación, se le añade ácido sulfúrico e inmediatamente aparece un anillo violeta que separa al ácido sulfúrico, debajo del anillo, de la solución acuosa en caso positivo. Se basa en la deshidratación de los carbohidratos por la presencia de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico para producir un aldehído, que se condensa con 2 moléculas de a-naftol resultando en la coloración rosa/morada característica.

Hidroxilo hemiacetálico: Es el que interviene en la formación del enlace hemiacetal para ciclar la fórmula lineal y que, una vez ciclado el compuesto, nos encontraremos su O dentro del ciclo, y unido al C1 en el caso de las aldosas y al C2 en el caso de las cetosas.

Osazona: En química, las osazonas son un tipo de hidratos de carbono derivado de diferentes azúcares. Las osazonas se forman cuando azúcares reaccionan con un compuesto conocido como fenilhidrazina en el punto de ebullición. Los cristales osazona varían significativamente; algunos se parecen a los pétalos de las flores, otros son más como bolas de algodón, mientras que otros parecen cabezas de alfileres o incluso agujas largas y finas. Los cristales de la lactosa son más parecidos a cabezas de alfileres. La arabinosa también produce un cristal de osazona como una bola, pero se trata de una formación menos densa de agujas de cristal que la de la lactosa.

Objetos y acontecimientos

Procedimiento

Paso N°1 Prepare una serie de tubos tal y como se indica la tabla

Nota: El sulfato cúprico debe añadirse gota por gota agitando bien los tubos.

Paso N°2 El tubo 1 que contiene glucosa al 1% formando el precipitado de hidróxido cúprico (+2) se disolverá coloreando el liquido de azul se calentara por medio de un baño maria y se tomara el tiempo en el que cambie a un color rojo de oxido cuproso

Paso N°3 Una vez obtenido el tiempo del cambio de color del primer tubo se someterá los 3 tubos restantes al baño maría con ese determinado tiempo.

Registro de datos

Resultados experimento 1

Resultados experimento 2

Un dibujo representativo de lo observado en el microscopio, es el siguiente:

Discusión

1º experimento

Los datos teóricos nos dicen que de todas las soluciones de azúcar con las que intentamos la reacción de trommer, solo la sacarosa está reportada como azúcar no reducible, por tratarse de un disacárido cuyos carbonilos que deberían presentar reactividad en monómeros se encuentran combinados en una unión glucosídica que impide tal reacción. Los datos teóricos concuerdan con los experimentales, donde la solución que contenía la sacarosa fue la única que conservó el color azul claro, evidencia de que no hubo reacción química.

2º experimento

Aunque lo observado en el microscopio era muy amorfo, a pesar de todo si se pudieron distinguir algunas formas de agujas aplanadas, que consultando imágenes sobre los distintos cristales de osazonas formados por azucares probablemente se trate de la osazona de galactosa, la galactosazona.

Conclusión

Los carbohidratos al poseer en su estructura aldehídos o cetonas, presentan un comportamiento químico ligado a los grupos funcionales de estos, en especial la capacidad de oxidarse con agentes oxidantes suaves como puede ser el sulfato de cobre en medio básico que le otorga una coloración rojiza a la solución una vez se ha llevado a cabo la reacción y que es muy útil para detectar la presencia de los azucares. Otro comportamiento importante es la capacidad de formar osazonas, que se trata de cristales con los que se pueden caracterizar las azucares problema, a través de la comparación de observaciones a microscopio con imágenes reportadas de los cristales correspondientes a cada osazona.

Cuestionario

1. Escriba la reacción que ocurre al adicionar sulfato cúprico e hidróxido de sodio a la glucosa

2. Defina azúcar reductor y azucar no reductor

Azucares reductores  son aquellos carbohidratos que poseen su grupo carbonilo  libre y que a través del mismo pueden reaccionar como reductores con otras moléculas.

Azucares no reductores son aquellos que no son oxidados por un oxidante moderado, en estos casos el grupo carbonilo se encuentra combinado en unión glicosidica, es por eso que carezcan de capacidad reductora, como sucede con la sacarosa.

3. Mencione 3 ejemplos de azúcares reductores

Glucosa, arabinosa, fructosa

4. ¿Cuál es el fundamento de la formación de osazonas? Escriba la reacción utilizando galactosa como ejemplo

Las osazonas se forman cuando los azucares reaccionan con fenilhidrazina. La reacción puede ser utilizada para identificar monosacáridos. En la reacción se forma una osazona que contiene dos residuos de fenilhidrazina en cada molécula del azucar, mientras que una tercera molécula del reactivo se convierte en anilina y amoniaco. Se pueden diferenciar los tipos de azúcar mediante el estudio de los cristales que se formaron a partir de su procedimiento. Los cristales osazona varían significativamente; algunos se parecen a los pétalos de las flores, otros son más como bolas de algodón, mientras que otros parecen cabezas de alfileres o incluso agujas largas y finas.

Autor:

Didyer Live